微小區(qū)域室內(nèi)信號覆蓋技術(shù)淺析

郭占濤

【摘 要】為了研究微小區(qū)域室內(nèi)無線通信覆蓋的解決方案，采用分類描述和對比的方法，通過對RRU、Femtocell和微型直放站三種技術(shù)的特點(diǎn)進(jìn)行分析，從實(shí)現(xiàn)方式、建設(shè)成本、使用環(huán)境以及對網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的影響等方面比較了這三種技術(shù)的綜合性能，并給出了根據(jù)不同應(yīng)用場景和要求的技術(shù)選擇建議。

【關(guān)鍵詞】RRU Femtocell 微型直放站 室內(nèi)覆蓋

1 引言

目前，移動通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋不斷地向廣度和深度發(fā)展，城市內(nèi)大型區(qū)域的室內(nèi)信號盲區(qū)和弱信號區(qū)的覆蓋問題已經(jīng)通過建設(shè)室內(nèi)分布系統(tǒng)基本得到解決。但是，在現(xiàn)有的通信網(wǎng)絡(luò)中，仍然存在很多室內(nèi)微小區(qū)域的通信盲區(qū)和弱信號區(qū)。所謂微小區(qū)域，是指包括處于地下或半地下的小型停車場及類似生活和營業(yè)場所、建筑物密集的居民小區(qū)、相互緊靠的中高層群樓中的低層房間和離窗較遠(yuǎn)的深度室內(nèi)區(qū)域、電波傳播損耗嚴(yán)重的電梯內(nèi)部等區(qū)域[1-2]。這些地方也是移動用戶生活和工作中不可缺少的活動區(qū)域，具有相當(dāng)可觀的網(wǎng)絡(luò)需求。對于用戶和運(yùn)營商來說，解決這些微小區(qū)域的通信盲區(qū)的信號覆蓋問題很有必要[3]。

除了常規(guī)的基站、直放站等室內(nèi)分布系統(tǒng)外，目前能夠快速有效地解決微小區(qū)域室內(nèi)信號覆蓋的方法主要包括TADS（Triple-networks Access Distribution System，三網(wǎng)接入分布式系統(tǒng)）、MDAS（Multiservice Distributed Access System Solution，多業(yè)務(wù)分布系統(tǒng)）、RRU（Radio Remote Unit，射頻拉遠(yuǎn)單元）、Femtocell（毫微微蜂窩式基站）和微型直放站等。本文將選取其中施工難度最低和部署時間最快的三種技術(shù)方案即RRU、Femtocell和微型直放站，重點(diǎn)對在不同情況和需求下適宜采用哪種技術(shù)方案進(jìn)行探討。

2 三種解決方案的特點(diǎn)分析

RRU、Femtocell和微型直放站這三種覆蓋解決方案用于室內(nèi)微小區(qū)域覆蓋時，各有長處與不足，顯示了各自的特點(diǎn)。

2.1 RRU的特點(diǎn)

RRU是通過光纖線纜將基站射頻處理單元拉到遠(yuǎn)端的覆蓋目標(biāo)區(qū)域，同一基站的多個射頻單元共享基帶處理單元資源池[4]。這個射頻拉遠(yuǎn)的方式具有以下特點(diǎn)：

（1）與普通基站相比，RRU體積小、重量輕且對機(jī)房的要求低，能夠有效地降低選址難度和配套成本；

（2）在室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)中也常用一種微基站設(shè)備，但每個微基站都要解決Iub接口（RNC和Node B之間的邏輯接口）的傳輸問題，而多個RRU可以共用一個基帶池資源，這就簡化了Iub接口的傳輸問題；

（3）RRU與BBU（Building Base band Unit，基帶處理單元）之間只能通過現(xiàn)有傳輸網(wǎng)絡(luò)的光纖資源進(jìn)行連接，每個扇區(qū)一般要占用一對裸纖，因此在缺少光纖資源的地方是無法使用RRU的。

2.2 Femtocell的特點(diǎn)

Femtocell又稱桌面基站[5]，是一種超小型化的基站，也是一種小容量家庭基站技術(shù)。它最巧妙之處在于利用住宅現(xiàn)有的寬帶接入線路（DSL、電纜Modem等）作為基站的回轉(zhuǎn)方式，借道互聯(lián)網(wǎng)把用戶手機(jī)發(fā)出的語音和數(shù)據(jù)呼叫傳接到移動通信運(yùn)營商的基于標(biāo)準(zhǔn)接口的核心網(wǎng)絡(luò)（CN），這樣省去了RAN（Radio Access Network，無線接入網(wǎng)）與CN之間的傳輸中繼線。

Femtocell分為家庭版和企業(yè)版兩種，其工作頻段均為上行1920—1980 MHz、下行2110—2170 MHz，業(yè)務(wù)速率HSDPA（High Speed Downlink Packet Access，高速下行分組接入）均為7.2 Mbps、HSUPA（High Speed Uplink Packet Access，高速上行分組接入）均為1.44 Mbps，同為單載波。Femtocell的性能指標(biāo)具體如表1所示：

家庭版Femtocell通常采取擺放或固定在家庭房間、小咖啡廳內(nèi)，可采用擺放、掛墻、吊頂?shù)确椒?；企業(yè)版Femtocell在大辦公室開闊區(qū)域可以直接擺放，也可以通過新建或接入現(xiàn)有室分系統(tǒng)。

Femtocell帶來的好處如下：

（1）提供高質(zhì)量的移動覆蓋信號，使用戶在室內(nèi)獲得優(yōu)良的服務(wù)；

（2）由于Femtocell是微型基站，可以即插即用，因此方便插入現(xiàn)有的各種家庭寬帶網(wǎng)關(guān)（DSL、電纜Modem以太網(wǎng)、Wi-Fi等），也可以作為一個模塊內(nèi)置于家庭網(wǎng)關(guān)產(chǎn)品之中；

（3）Femtocell是實(shí)現(xiàn)固定電話與移動電話融合的重要技術(shù)（FMC），能夠提供有線網(wǎng)絡(luò)的速率，移動用戶可享受相當(dāng)于有線寬帶的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)以及有線通信的低廉價格。

2.3 微型直放站的特點(diǎn)

微型直放站是對普通直放站進(jìn)行微型化的電路設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計后形成的專供覆蓋室內(nèi)微小區(qū)域用的產(chǎn)品[6]。與其它室內(nèi)覆蓋方式相比，微型直放站存在一系列頗有特色的優(yōu)勢，具體如下：

（1）不對施主基站產(chǎn)生噪聲干擾；

（2）具有能明顯提高通信質(zhì)量的特色功能是：

◆在覆蓋區(qū)內(nèi)無用戶使用手機(jī)時，自動關(guān)閉上行放大鏈路；

◆自激監(jiān)測與自動消除；

◆上下行鏈路自動平衡調(diào)試。

（3）方便攝取基站信號：當(dāng)基站發(fā)射天線在視距范圍時，包括室外和室內(nèi)場所，均可把施主基站信號接收下來；

（4）建網(wǎng)覆蓋成本低廉：安裝快速簡單，且設(shè)備可實(shí)現(xiàn)多次異地使用，拆卸搬遷方便。

在使用時，微型直放站一定要通過定向施主天線取得較純凈的基站信號，以保證較好的通信質(zhì)量。微型直放站的主要不足是其與基站共享通信容量，不能擴(kuò)展容量。

3 技術(shù)方案選擇

室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)主要解決覆蓋、質(zhì)量和容量三大問題。由于微小區(qū)域室內(nèi)環(huán)境下的容量較小，所以微小區(qū)域室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)主要解決的問題應(yīng)該是：如何用最低的費(fèi)用、最快的時間和最簡易的工程來因地制宜解決各種場景的微小區(qū)域室內(nèi)信號覆蓋及通信質(zhì)量問題。

根據(jù)上文對各種技術(shù)方案的工作原理和工作特點(diǎn)的闡述，現(xiàn)將微型直放站、RRU和Femtocell這三種覆蓋方式做一個綜合的性能比較，以便更好地了解它們在解決室內(nèi)微小區(qū)域覆蓋應(yīng)用中的優(yōu)缺點(diǎn)[7-10]。下面將對三種技術(shù)方案在實(shí)現(xiàn)方式、建設(shè)成本、使用環(huán)境、對網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的影響等方面進(jìn)行對比，具體分別如表2至表5所示。

3.1 RRU適合光纖資源豐富地區(qū)

當(dāng)今移動通信無線覆蓋技術(shù)的發(fā)展，一方面應(yīng)是不斷提高設(shè)備的性能和指標(biāo)以及設(shè)備適應(yīng)環(huán)境的能力；另一方面也應(yīng)不斷降低設(shè)備自身及運(yùn)維成本?；诠饫w技術(shù)的RRU設(shè)備的出現(xiàn)是無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備適應(yīng)移動通信發(fā)展趨勢的必然結(jié)果。與傳統(tǒng)的宏基站相比，RRU降低了建網(wǎng)成本和運(yùn)維成本，設(shè)備對環(huán)境的要求也大大減低，同時提供了更多的網(wǎng)絡(luò)覆蓋解決方案，使設(shè)備的性價比大幅度提高。RRU基帶拉遠(yuǎn)技術(shù)的發(fā)展，使得RRU設(shè)備在很多場景可以代替宏基站和大功率直放站的應(yīng)用，成為3G/4G網(wǎng)絡(luò)中的主流設(shè)備。

對于一些對通信質(zhì)量要求較高的商住小區(qū)和辦公場所以及面積較大的室內(nèi)小區(qū)，選擇RRU作信號源對室內(nèi)進(jìn)行信號覆蓋，這樣既可以保證信號質(zhì)量，也可以根據(jù)需要擴(kuò)展容量。但是與微型直放站相比，RRU除了通信質(zhì)量稍占上風(fēng)之外，還有以下不足之處：

（1）使用RRU存在的一個突出問題是必須在有光纖資源的地方才可以使用，而許多小區(qū)域室內(nèi)環(huán)境往往缺乏光纖線路；

（2）由于RRU與BBU一定要配套，而各個廠家的接口都是不一樣且保密的，A廠的RRU一般不與B廠的BBU配套，因此RRU設(shè)備的兼容性不好；

（3）RRU作為基站主設(shè)備的組成之一，在工程建設(shè)、工程時間、工程協(xié)調(diào)、工程調(diào)試、工程成本和人員成本等一系列問題上仍略高；

（4）RRU是分布式基站，一個BBU帶若干個RRU，若基帶池BBU出現(xiàn)故障，則所有RRU都無法正常工作，處理故障的時間周期長。

3.2 Femtocell優(yōu)缺點(diǎn)明顯

在家庭居住地和小型辦公室可選用Femtocell覆蓋解決方案，因?yàn)榭梢岳矛F(xiàn)有的寬帶接入線路作為扁平化處理基站的回轉(zhuǎn)方式。同時，F(xiàn)emtocell也能給用戶提供質(zhì)量較好的覆蓋信號，安裝較方便。

由于Femtocell系統(tǒng)本身具有靈活、即插即用、自組織、自優(yōu)化的特點(diǎn)，很大程度上降低了部署難度，因此在實(shí)際應(yīng)用中，可以根據(jù)不同應(yīng)用場景、用戶數(shù)、覆蓋面積和應(yīng)用價值等因素確定布放的Femtocell類型。

微小區(qū)域Femtocell的適用情況如表6所示。可以看出，F(xiàn)emtocell主要應(yīng)用在一些中小型建筑的室內(nèi)熱點(diǎn)或者盲點(diǎn)區(qū)域。此外，對于一些傳統(tǒng)室分不易進(jìn)入但有大流量業(yè)務(wù)連續(xù)覆蓋需求的特殊場景，也可以適當(dāng)引入Femtocell系統(tǒng)進(jìn)行覆蓋。

在具體應(yīng)用中，應(yīng)考慮Femtocell與宏峰窩網(wǎng)絡(luò)的相互干擾及乒乓切換等問題。一般來說，分為Femtocell小區(qū)和宏小區(qū)之間的重選與切換問題、企業(yè)級應(yīng)用中多個Femtocell小區(qū)之間的重選與切換。這方面需要運(yùn)營商側(cè)對Femtocell與宏小區(qū)切換、重選等設(shè)置合理的鄰區(qū)重選策略。同時，考慮到用戶使用的便捷性，在微小區(qū)域內(nèi)，運(yùn)營商應(yīng)設(shè)法盡量減少用戶從Femtocell小區(qū)切換到宏網(wǎng)絡(luò)的幾率，如適當(dāng)增大CS用戶2D/2F的起壓模門限、提高PS用戶業(yè)務(wù)質(zhì)量門限等。

總體而言，F(xiàn)emtocell造價低廉且安裝簡便，但是覆蓋范圍小、支持用戶數(shù)少，干擾、同步方案較宏站更復(fù)雜，為運(yùn)營和維護(hù)帶來一些不確定性風(fēng)險。

3.3 微型直放站適用范圍最廣

在一般情況下，所有微小區(qū)域室內(nèi)覆蓋都可以選用微型直放站覆蓋解決方案。因?yàn)樵诿鎸κ覂?nèi)微小區(qū)域覆蓋問題時，微型直放站的優(yōu)勢非常明顯：安裝快捷、工程走線方便、物業(yè)協(xié)談容易、建設(shè)周期短、建設(shè)和維護(hù)費(fèi)用小、攝取基站信號容易、不會給施主基站產(chǎn)生噪聲干擾，并且特有的幾個特色功能可以有效提高通信質(zhì)量。微型直放站覆蓋面積可以從幾十平方到1000平方左右，普通家庭、中小型辦公室以及生產(chǎn)、餐飲、娛樂和健身等場所都能使用。

相應(yīng)地，微型直放站也存在一些不足，主要是其與施主基站共享容量資源，可能會使基站出現(xiàn)業(yè)務(wù)擁擠情況。此外，雖然微型直放站也支持即插即用，但是運(yùn)營商需要上門提供一對一安裝服務(wù)，并且單用戶成本相對較高。

4 結(jié)束語

本文主要針對室內(nèi)覆蓋施工難度最低及部署時間最快的RRU、Femtocell和微型直放站三種技術(shù)進(jìn)行分析，通過比較其覆蓋性能、對網(wǎng)絡(luò)要求和建設(shè)成本等方面，嘗試給出了技術(shù)選擇建議。綜合來看，RRU得到比較廣泛的青睞，但是對光纖資源的要求較高；Femtocell適用于能夠接駁有線資源的室內(nèi)且覆蓋范圍和用戶數(shù)不多的場景，如家庭、小型辦公室等；微型直放站具有結(jié)構(gòu)簡單、投資較少和安裝方便等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛用于難以覆蓋的盲區(qū)和弱區(qū)，如商場、賓館、機(jī)場、碼頭、車站、體育館、娛樂廳、地鐵、隧道、高速公路、海島、電梯、城中村等場所。

對于微小區(qū)域覆蓋問題，還應(yīng)因地制宜地根據(jù)不同的條件和環(huán)境進(jìn)行具體測算，以達(dá)到建設(shè)成本和網(wǎng)絡(luò)收益的平衡。同時，為了降低技術(shù)選型難度，提高選型效率和科學(xué)性，建議下一步開發(fā)自動化軟件，可根據(jù)輸入的關(guān)鍵參數(shù)給出技術(shù)選型的偏向性指南，將有助于未來室內(nèi)覆蓋工作的快速解決。

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